(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードが実装される実装面、及び該実装面上に設けられた金属膜を有するマウント部材と
を備え、
前記レーザダイオードは、
III族窒化物半導体から成り、該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面を有する基板と、
III族窒化物半導体から成り５００ｎｍ以上の波長の光を発光する活性層を含み、前記基板の前記主面上に設けられ、該主面に沿って延びる光共振器を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられた第１の電極と、
前記基板の裏面上に設けられた第２の電極と
を有し、
前記レーザダイオードの前記第１及び第２の電極のうち一方が、導電性接着剤を介して前記金属膜に接合されており、
前記基板の前記主面または前記裏面の面積Ａを前記光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）が、２００μｍ以上５００μｍ以下であり、
前記基板の前記主面における法線ベクトルと、前記基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、｛２０−２１｝面の法線ベクトルと前記ｃ軸との成す角度以上８０度以下の範囲に含まれることを特徴とする、レーザダイオード組立体。
【請求項２】
前記光共振器の長さＬが２０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザダイオード組立体。
【請求項３】
前記レーザダイオードの前記第１の電極が、前記導電性接着剤を介して前記金属膜に接合されており、
前記マウント部材の前記実装面の端縁からの前記光共振器の一方の共振端面の突出長さｄが、０μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザダイオード組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レーザダイオードの温度特性及び信頼性を改善する為の技術が開示されている。この文献に記載された半導体レーザ装置は、素子電極が上面に形成されたリッジ導波路部を有するレーザダイオードと、主面上にサブマウント電極を有するサブマウントとを備えている。素子電極は、Ｉｎ，Ｐｂ及びＳｎのうち少なくとも１つの元素を含むハンダを介してサブマウント電極に接合されている。また、リッジ導波路部の両側に位置するレーザダイオードの表面は、該ハンダとは別の接合部材を介してサブマウントの主面に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザダイオードの実装技術において、金属膜が形成された実装面を有するマウント部材（サブマウント）の実装面上に、レーザダイオードを実装する場合がある。このような場合、レーザダイオードの寿命を延ばす為に、レーザダイオードの放熱性を高める必要がある。一般的に、レーザダイオードの放熱性を高める為には、レーザダイオードの平面形状を大きくして、マウント部材との接合面積を広くするとよい。
【０００５】
また、近年、III族窒化物半導体を用いて緑色のレーザ光を発振させる技術が研究されている。例えば、緑色レーザダイオードは、例えばＧａＮといったIII族窒化物半導体から成る基板上に、例えばＩｎを比較的多く含むIII族窒化物半導体から成る活性層等をエピタキシャル成長させることによって好適に作製される。また、このような緑色レーザダイオードを作製する際には、III族窒化物半導体のＣ面に対して傾斜した面（半極性面）を主面とするIII族窒化物半導体基板が用いられることがある。本発明者は、このような緑色レーザダイオードをマウント部材に実装する場合、その寿命を延ばす為には、従来のレーザダイオードとは異なる点に考慮する必要があることを見出した。
【０００６】
本発明は、緑色レーザダイオードがマウント部材上に実装された構成において、緑色レーザダイオードの寿命を延ばすことができるレーザダイオード組立体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明によるレーザダイオード組立体は、レーザダイオードと、レーザダイオードが実装される実装面、及び該実装面上に設けられた金属膜を有するマウント部材とを備え、レーザダイオードが、III族窒化物半導体から成り、該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面を有する基板と、III族窒化物半導体から成り５００ｎｍ以上の波長の光を発光する活性層を含み、基板の主面上に設けられ、該主面に沿って延びる光共振器を含む半導体積層構造と、半導体積層構造上に設けられた第１の電極と、基板の裏面上に設けられた第２の電極とを有し、レーザダイオードの第１及び第２の電極のうち一方が、導電性接着剤を介して金属膜に接合されており、基板の主面または裏面の面積Ａを光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）が、２００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
前述したように、緑色レーザダイオードは、例えばＧａＮといったIII族窒化物半導体から成るウエハ上に、例えばＩｎを比較的多く含むIII族窒化物半導体から成る活性層等をエピタキシャル成長させることによって作製される。しかしながら、このような緑色レーザダイオードでは、活性層と他の半導体層との間に、格子定数の違いに起因する歪みによる内部応力が生じる。したがって、このような内部応力を含むウエハを切断してチップ化すると、そのチップ（緑色レーザダイオード）の寸法形状に依存して、内部応力に変化が生じ、マウント部材との接合面に湾曲等の変形が生じてしまう。このような変形は、レーザダイオードの電極とマウント部材の金属膜との間に隙間が生じる原因となり、レーザダイオードの放熱性に影響を与え、ひいてはレーザダイオードの寿命に影響する。特に、III族窒化物半導体のＣ面に対して傾斜した面（半極性面）を主面とするIII族窒化物半導体基板が用いられる場合には、内部応力が更に大きくなり、上述した影響が顕著となる。
【０００９】
このような現象に鑑み、本発明によるレーザダイオード組立体では、基板の主面または裏面の面積Ａを光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）が、２００μｍ以上５００μｍ以下とされている。本発明者は、III族窒化物半導体の半極性面を用いた緑色レーザダイオードの平面形状寸法と寿命との関係を調べた結果、上記（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上５００μｍ以下である場合に、緑色レーザダイオードの寿命が顕著に延びることを見出した。すなわち、本発明によるレーザダイオード組立体によれば、緑色レーザダイオードがマウント部材上に実装された構成において、緑色レーザダイオードの寿命を延ばすことができる。
【００１０】
また、上記レーザダイオード組立体は、光共振器の長さＬが２０００μｍ以下であることを特徴としてもよい。本発明者の研究によれば、光共振器の長さＬがこのような範囲である場合に、内部応力による接合面の変形を十分に小さく抑えることができ、放熱性をより高めて緑色レーザダイオードの寿命を更に延ばすことができる。
【００１１】
また、上記レーザダイオード組立体は、レーザダイオードの第１の電極が、導電性接着剤を介して金属膜に接合されており、マウント部材の実装面の端縁からの光共振器の一方の共振端面の突出長さｄが、０μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴としてもよい。この突出長さｄが０μｍ以上であることによって、レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部の進行がマウント部材に妨げられることを好適に防ぐことができる。また、この突出長さｄが６０μｍ以下であることによって、レーザダイオードの放熱性を十分に確保し、緑色レーザダイオードの寿命の低下を抑えることができる。
【００１２】
また、上記レーザダイオード組立体は、レーザダイオードの第１の電極が、導電性接着剤を介して金属膜に接合されており、マウント部材の実装面の端縁からの光共振器の一方の共振端面の突出長さｄが、光共振器と直交する方向における基板の幅ｗを含む次の関係式
ｄ＝ｄｍａｘ×（１−ｅｘｐ（−ｗ／τ））−ｄｍｉｎ
（但し、τ＝１５０μｍ、ｄｍｉｎ＝７３μｍ、ｄｍａｘ≦１６３μｍ）
を満たすことを特徴としてもよい。このように突出長さｄを設定することによって、レーザダイオードの寿命の低下を十分に抑えることができる。
【００１３】
また、上記レーザダイオード組立体は、基板の主面における法線ベクトルと、基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲に含まれることが好ましい。或いは、上記レーザダイオード組立体は、基板の主面における法線ベクトルと、基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲に含まれることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるレーザダイオード組立体によれば、緑色レーザダイオードがマウント部材上に実装された構成において、緑色レーザダイオードの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザダイオード組立体の断面図であって、共振方向に対して垂直な側断面を示している。
【図２】図２に示される光共振器の長さＬが
【図３】図３は、レーザダイオードの実装面積Ａを光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）と、レーザダイオードの寿命との関係を示したグラフである。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザダイオード組立体の断面図であって、共振方向に対して垂直な側断面を示している。
【図５】図５は、本実施形態に係るレーザダイオード組立体の断面図であって、共振方向に沿った側断面を示している。
【図６】図６は、レーザダイオードの実装面積Ａを光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）と、レーザダイオードの寿命との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、マウント部材からのレーザダイオードの突出長さと、レーザダイオードの寿命との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、マウント部材からのレーザダイオードの突出長さと、遠視野像（ファーフィールドパターン）の水平縦モードの半値幅との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、寿命の規格化値が０．８である場合及び０．９である場合のそれぞれにおける、値（Ａ／Ｌ）と突出長さｄとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるレーザダイオード組立体の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザダイオード組立体の断面図であって、共振方向に対して垂直な側断面を示している。図１に示されるように、本実施形態のレーザダイオード組立体１Ａは、レーザダイオード１０と、マウント部材（サブマウント）５０とを備えている。レーザダイオード１０は、マウント部材５０の実装面５１ａと半導体基板１２の裏面１２ｂとが対向するように、マウント部材５０上に実装されている（いわゆるエピアップ実装）。
【００１８】
マウント部材５０は、レーザダイオード１０が実装される実装面５１ａを有する基体５１と、実装面５１ａ上に設けられた金属膜５２とを有している。基体５１は、例えばＡｌＮ、Ｃｕ、ＳｉＣ、ＣｕＷ、ＢｅＯ、銅ダイヤ、或いはＣといった、熱伝導率が高く熱膨張係数が小さい材料から成ることが好ましい。または、基体５１は、これらの材料を含む合金（例えば銅合金）や化合物から成ってもよい。基体５１の外形は、例えば直方体状である。金属膜５２は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった複数の金属膜が積層された構造を有しており、実装面５１ａ上において、後述するレーザダイオード１０の実装面より広い範囲にわたって設けられている。金属膜５２上には、導電性接着剤５３が蒸着されている。導電性接着剤５３としては、Ｓｎを含むハンダであるＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎ、ＰｂＳｎや、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、若しくはこれらの混合物が好適である。
【００１９】
レーザダイオード１０は、５００ｎｍ以上の発振波長の光（緑色光）を発生するIII族窒化物半導体レーザダイオードである。レーザダイオード１０は、半導体基板１２と、半導体積層構造１４と、アノード電極（第１の電極）１６と、カソード電極（第２の電極）１８とを備えている。
【００２０】
半導体基板１２は、III族窒化物半導体からなり、一実施例ではｎ型ＧａＮからなる。半導体基板１２の厚さは、例えば５０μｍ以上２５０μｍ以下である。半導体基板１２は、当該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面１２ａ及び裏面１２ｂを有する。すなわち、半導体基板１２を構成するIII族窒化物のｃ軸は、主面１２ａの法線に対して（好ましくはｍ軸方向に）傾斜している。半導体基板１２の主面１２ａの傾斜角は、主面１２ａの法線ベクトルとｃ軸との成す角度によって規定される。この角度は、１０度以上８０度以下の範囲にあることができ、或いは１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。半導体基板１２が例えばＧａＮである場合、この角度範囲によれば、ＧａＮの半極性の性質を提供できる。さらに、傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましく、或いは１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。この角度範囲によれば、５００ｎｍ以上の発光のための活性層３４（後述）に好適なＩｎ組成のＩｎＧａＮ層を提供できる。一実施例では、上記半極性面は｛２０−２１｝面である。
【００２１】
半導体積層構造１４は、III族窒化物半導体からなる。半導体積層構造１４は、半導体基板１２の主面１２ａ上に設けられており、主面１２ａの法線方向に積層された複数の半導体層によって構成される。本実施形態の半導体積層構造１４は、ｎ型クラッド領域２２、ｐ型クラッド領域２４、及びコア半導体領域２６を有する。
【００２２】
ｎ型クラッド領域２２は、半導体基板１２と同じ導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド領域２４は、半導体基板１２とは異なる導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型クラッド領域２２及びｐ型クラッド領域２４は、半導体基板１２の主面１２ａ上に設けられている。ｐ型クラッド領域２４上には、ｐ型コンタクト層（或いはｐ型キャップ層）２８が更に設けられている。ｐ型コンタクト層２８は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなる。
【００２３】
コア半導体領域２６は、ｎ型クラッド領域２２とｐ型クラッド領域２４との間に設けられている。コア半導体領域２６は、第１光ガイド層３２、活性層３４及び第２光ガイド層３６を含む。活性層３４は、第１光ガイド層３２と第２光ガイド層３６との間に設けられている。活性層３４は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。井戸層はＩｎＧａＮ等からなることができ、障壁層はＧａＮ又はＩｎＧａＮ等からなることができる。一実施例では、井戸層の厚さは例えば３ｎｍであり、障壁層の厚さは例えば１５ｎｍであり、井戸層の数は例えば３つである。活性層３４の発光波長は、井戸層のバンドギャップやＩｎ組成、その厚さ等によって制御される。
【００２４】
第１光ガイド層３２は、第１ＧａＮ層３２ａ及び第１ＩｎＧａＮ層３２ｂを含む。同様に、第２光ガイド層３６は、第２ＧａＮ層３６ａ及び第２ＩｎＧａＮ層３６ｂを含む。ＩｎＧａＮ層３２ｂ及び３６ｂは例えばアンドープであり、ＧａＮ層３２ａの導電型はｎ型であり、ＧａＮ層３６ａの導電型はｐ型である。ＩｎＧａＮ層３２ｂ，３６ｂのＩｎ組成は、活性層３４内のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成より小さい。第１ＧａＮ層３２ａは、ｎ型クラッド領域２２と第１ＩｎＧａＮ層３２ｂとの間に設けられ、第１ＩｎＧａＮ層３２ｂは、活性層３４と第１ＧａＮ層３２ａとの間に設けられる。第２ＧａＮ層３６ａは、ｐ型クラッド領域２４と第２ＩｎＧａＮ層３６ｂとの間に設けられ、第２ＩｎＧａＮ層３６ｂは、活性層３４と第２ＧａＮ層３６ａとの間に設けられる。
【００２５】
半導体積層構造１４には、共振方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝１５ａが形成されている。この一対の溝１５ａの間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造４０となっている。すなわち、このリッジ構造４０は、ストライプ状の平面形状を有する。リッジ構造４０は、コア半導体領域２６の幅方向の屈折率を変化させることによって、半導体基板１２の主面１２ａに沿って延びる光導波路をコア半導体領域２６に形成する。この光導波路の両端面は、半導体積層構造１４の一対の共振端面に達する。これにより、半導体積層構造１４には、半導体基板１２の主面１２ａに沿って延びる光共振器が形成される。
【００２６】
リッジ構造４０は、第２光ガイド層３６、ｐ型クラッド領域２４、及びｐ型コンタクト層２８を含む。リッジ構造４０上には、絶縁膜４４及びアノード電極１６が設けられている。絶縁膜４４は、リッジ構造４０の側面から、一対の溝１５ａの底面及び内側面を経て一対の溝１５ａの外側のｐ型コンタクト層２８上に至る領域に形成されている。アノード電極１６は、リッジ構造４０の頂部に形成された絶縁膜４４の開口を介して、ｐ型コンタクト層２８とオーミック接合を成す。本実施形態のアノード電極１６は、リッジ構造４０上から、一対の溝１５ａの外側に形成された絶縁膜４４上にわたって形成されている。また、半導体基板１２の裏面１２ｂには、カソード電極１８が設けられている。カソード電極１８は、半導体基板１２の裏面１２ｂとオーミック接合を成す。カソード電極１８は、導電性接着剤５３を介してマウント部材５０の金属膜５２に接合されている。
【００２７】
なお、以上の構成を備えるレーザダイオード１０の各半導体層は、例えばＭＯＶＰＥ法によって好適に作製される。このとき、原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、及びアンモニアが好適である。また、ｎ型及びｐ型のドーパントとしては、例えばシラン及びトリメチルマグネシウム（ＴＭＭ）が好適である。また、リッジ構造４０は、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクを形成したのち、各半導体層に対してドライエッチングを行うことによって好適に形成される。
【００２８】
ここで、本実施形態に係るレーザダイオード組立体１Ａを実際に作製し、レーザダイオード１０の寿命について調べた実施例について説明する。この実施例では、図２に示される光共振器の長さＬがそれぞれ６００μｍ、９００μｍ、１２００μｍ、１５００μｍ、１８００μｍ、及び２１００μｍである６つのレーザダイオード群を作製した。それぞれの群には、レーザダイオード１０の共振方向と直交する方向の幅Ｗが１００μｍ〜１２００μｍの範囲で互いに異なる９個のレーザダイオード１０を作製した。そして、これらのレーザダイオード１０を、基体５１がＡｌＮから成り、金属膜５２がＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉから成り、導電性接着剤５３がＳｎＡｇハンダから成るマウント部材５０に実装した。その後、レーザ光出力が１０ｍＷで一定となるようにオートパワーコントロールを行いつつ駆動電流を供給し、レーザ発振が停止するまでの寿命時間を評価した。表１は、この実施例における評価結果を示す。
【表１】
0005556749.tif 000002
【００２９】
また、図３は、表１に示された評価結果をプロットしたグラフである。図３の縦軸は、レーザダイオード１０の寿命（評価した寿命のうち最長の寿命を１として規格化した値）を示している。また、図３の横軸は、レーザダイオード１０の実装面積Ａ（典型的には、半導体基板１２の裏面１２ｂの面積Ａ＝Ｌ×Ｗ）を光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）を示している。なお、横軸をこのように表したのは、次の理由による。一般的に、レーザダイオードにおける単位時間当たりの発熱量は光共振器の長さＬに比例し、レーザダイオードからマウント部材への単位時間当たりの放熱量は、レーザダイオードとマウント部材との接触面積に比例する。したがって、レーザダイオード１０の実装面積（裏面１２ｂの面積）Ａを光共振器の長さＬで除した値（Ａ／Ｌ）を評価に用いることによって、光共振器の長さＬによる影響を排除しつつ寿命を評価することが可能となる。
【００３０】
図３に示されるように、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上である場合、レーザダイオード１０の寿命は十分に長い。これは、レーザダイオード１０とマウント部材５０とが接触する面積が大きいことによって、十分な放熱性が確保されたためと考えられる。また、値（Ａ／Ｌ）が５００μｍより大きい場合は、値（Ａ／Ｌ）が５００μｍ以下である場合と比較して、レーザダイオード１０の寿命がやや短くなっている。すなわち、図３においては、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上５００μｍ以下である場合に、レーザダイオード１０の寿命が顕著に長くなっている。なお、値（Ａ／Ｌ）が３００μｍである場合に、レーザダイオード１０の寿命が最も長くなっている。
【００３１】
レーザダイオード１０の放熱性を考えると、値（Ａ／Ｌ）が大きいほど寿命が延びる筈である。しかしながら、図３に示された結果はそのようになっていない。その原因は、次のようなものであると考えられる。
【００３２】
緑色のレーザ光を出力する本実施形態のレーザダイオード１０では、特殊な面方位である半極性の主面１２ａを有する半導体基板１２上に、III族窒化物半導体から成る複数の層が積層されている。したがって、半極性に起因して、これらの層間に大きな歪みが生じる。更に、緑色の光を発生する活性層３４のＩｎ組成は比較的大きいので、格子定数の違いに起因して、これらの層間の歪みが更に大きくなる。このように大きな歪みが層間に生じると、これらの層間に内部応力が発生する。レーザダイオード１０を作製する際、このような内部応力は、複数の層が積層されたウエハの内部に生じることとなる。そして、このウエハを切断してチップ化するときに、そのチップ（すなわちレーザダイオード１０）の寸法形状に依存して、内部応力に変化が生じ、マウント部材５０との接合面（本実施形態ではカソード電極１８の表面）に湾曲等の変形が生じてしまう。このような変形は、レーザダイオード１０のカソード電極１８とマウント部材５０の金属膜５２との間に隙間が生じる原因となり、レーザダイオード１０の放熱性に影響を与え、ひいてはレーザダイオード１０の寿命に影響すると考えられる。そして、図３に示された結果を鑑みると、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以上５００μｍ以下である場合に、レーザダイオード１０に内在する層間歪みが、接合面の変形を抑え得るような適切な状態になったと考えられる。
【００３３】
なお、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ未満である場合にレーザダイオード１０の寿命が短くなる原因としては、上述した放熱性能の低下に加えて、更に次のような原因が考えられる。通常、レーザダイオード１０の幅Ｗが小さい場合には、半導体基板１２の機械的強度が低下する。したがって、光共振器を含む面内に生じた一定の内部応力による接合面の反りは、幅Ｗが大きい場合と比較して大きくなる傾向がある。更に、本実施形態のように半導体基板１２の主面１２ａがＣ面に対してｍ軸方向に傾斜しているような場合、光共振器を含む面内に生じる内部応力が大きくなるので、上述した接合面の反りが更に大きくなってしまうと考えられる。これらの理由により、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ未満といった小さい値である場合には、レーザダイオード１０の寿命が顕著に短くなると考えられる。
【００３４】
以上の実施例の結果に鑑み、本実施形態のレーザダイオード組立体１Ａでは、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以上５００μｍ以下とされる。これにより、レーザダイオード１０の寿命を顕著に延ばすことが可能となる。
【００３５】
また、図３に示されるように、光共振器の長さＬを２１００μｍとした場合には、他の場合と比較して、レーザダイオード１０の寿命が低下した。これは、光共振器の長さＬが２０００μｍ以上と比較的長い場合に、光共振器を含む面内に生じる上述した大きな内部応力に起因して、接合面の反りが大きくなったためと考えられる。したがって、本実施形態のレーザダイオード組立体１Ａでは、光共振器の長さＬは２０００μｍ以下であることが好ましい。これにより、内部応力による接合面の変形を十分に小さく抑えることができ、放熱性をより高めてレーザダイオード１０の寿命を更に延ばすことができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザダイオード組立体の断面図であって、共振方向に対して垂直な側断面を示している。また、図５は、本実施形態に係るレーザダイオード組立体の断面図であって、共振方向に沿った側断面を示している。図４及び図５に示されるように、本実施形態のレーザダイオード組立体１Ｂは、第１実施形態と同様に、レーザダイオード１０と、マウント部材（サブマウント）５０とを備えている。但し、本実施形態では、レーザダイオード１０が、マウント部材５０の実装面５１ａと半導体基板１２の主面１２ａとが対向するように、マウント部材５０上に実装されている（いわゆるエピダウン実装）。このように実装することによって、レーザダイオード１０の活性層３４とマウント部材５０との距離が近づいて放熱性が向上するので、第１実施形態と比較してレーザダイオード１０の寿命を更に延ばすことができる。なお、マウント部材５０の構成は、第１実施形態と同様である。また、レーザダイオード１０の構成は、アノード電極１６が導電性接着剤５３を介して金属膜５２に接合されている点、及びレーザダイオード１０の一方の共振端面１４ａがマウント部材５０の実装面５１ａの端縁から距離ｄだけ突出している点を除き、第１実施形態と同様である。
【００３７】
ここで、本実施形態に係るレーザダイオード組立体１Ｂを実際に作製し、レーザダイオード１０の寿命について調べた実施例について説明する。この実施例においても第１実施形態の実施例と同様に、図２に示される光共振器の長さＬがそれぞれ６００μｍ、９００μｍ、１２００μｍ、１５００μｍ、１８００μｍ、及び２１００μｍである６つのレーザダイオード群を作製した。それぞれの群には、レーザダイオード１０の幅Ｗが１００μｍ〜１２００μｍの範囲で互いに異なる９個のレーザダイオード１０を作製した。そして、これらのレーザダイオード１０を、基体５１がＡｌＮから成り、金属膜５２がＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉから成り、導電性接着剤５３がＳｎＡｇハンダから成るマウント部材５０に実装した。その後、レーザ光出力が１０ｍＷで一定となるようにオートパワーコントロールを行いつつ駆動電流を供給し、レーザ発振が停止するまでの寿命時間を評価した。表２は、この実施例における評価結果を示す。
【表２】
0005556749.tif 000003
【００３８】
図６は、表２に示された評価結果をプロットしたグラフである。図６の縦軸及び横軸は、第１実施形態の図５と同様とした。図６に示されるように、エピダウン実装のレーザダイオード組立体１Ｂにおいても、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上である場合に、レーザダイオード１０の寿命が十分に長くなった。また、値（Ａ／Ｌ）が５００μｍより大きい場合に、値（Ａ／Ｌ）が５００μｍ以下である場合と比較して、レーザダイオード１０の寿命がやや短くなった。これらは、第１実施形態において述べた理由と同じ理由によると考えられる。本実施形態のレーザダイオード組立体１Ｂでは、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以上５００μｍ以下とされる。これにより、レーザダイオード１０の寿命を顕著に延ばすことが可能となる。
【００３９】
また、図６に示されるように、光共振器の長さＬを２１００μｍとした場合には、他の場合と比較して、レーザダイオード１０の寿命が低下した。この原因は第１実施形態において述べたとおりである。したがって、本実施形態のレーザダイオード組立体１Ｂにおいても、光共振器の長さＬは２０００μｍ以下であることが好ましい。これにより、内部応力による接合面の変形を十分に小さく抑えることができ、放熱性をより高めてレーザダイオード１０の寿命を更に延ばすことができる。
【００４０】
続いて、上記実施例とは別に、本実施形態に係るレーザダイオード組立体１Ｂを作製し、レーザダイオード１０の寿命について調べた。この実施例では、値（Ａ／Ｌ）がそれぞれ１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、及び４００μｍである４つのレーザダイオード群を作製した。それぞれの群には、図５に示される突出長さｄが４０μｍ〜１００μｍの範囲で互いに異なる８個のレーザダイオード組立体１Ｂを作製した。その後、レーザ光出力が１０ｍＷで一定となるようにオートパワーコントロールを行いつつ駆動電流を供給し、レーザ発振が停止するまでの寿命時間を評価した。表３は、この実施例における評価結果を示す。
【表３】
0005556749.tif 000004
【００４１】
また、図７は、表３に示された結果をプロットしたグラフである。図７の縦軸は、レーザダイオード１０の寿命（評価した寿命のうち最長の寿命を１として規格化した値）を示している。また、図７の横軸は、突出長さｄを示している。図７に示されるように、値（Ａ／Ｌ）が１００μｍである場合には、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上である場合と比較して、レーザダイオード１０の寿命が顕著に低下した。また、値（Ａ／Ｌ）が２００μｍ以上であっても、突出長さｄが６０μｍを超えると、レーザダイオード１０の寿命が低下した。レーザダイオード１０の光共振器のうちマウント部材５０の実装面５１ａの端縁から突出した部分では、発生した熱がマウント部材５０を介して放出されにくい。そして、突出長さｄが例えば６０μｍより長くなると、放熱性が大きく損なわれ、共振端面１４ａ付近における温度が上昇する。これによって、活性層３４及びその付近の半導体層のバンドギャップが小さくなり、これらの層が光を吸収して半導体結晶の劣化が進んだものと考えられる。
【００４２】
更に、上記実施例において作製したレーザダイオード組立体１Ｂの遠視野像（ファーフィールドパターン）の水平縦モードの半値幅ＦＦＰθｖを測定した。表４は、その測定結果を示す。
【表４】
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【００４３】
また、図８は、表４に示された結果をプロットしたグラフである。図８の縦軸は、半値幅ＦＦＰθｖ（測定された半値幅ＦＦＰθｖのうち最も広い半値幅ＦＦＰθｖを１として規格化した値）を示している。また、図８の横軸は、突出長さｄを示している。図８に示されるように、突出長さｄが０μｍ未満（すなわち、レーザダイオード１０の共振端面１４ａがマウント部材５０の実装面５１ａの端縁より内側に位置する状態）である場合、突出長さｄが小さくなるほど半値幅ＦＦＰθｖが小さくなった。これは、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光の一部の進行が、マウント部材５０に妨げられたことによる。
【００４４】
以上の実施例に鑑み、本実施形態のレーザダイオード組立体１Ｂでは、突出長さｄが０μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。突出長さｄが０μｍ以上であることによって、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光が、マウント部材５０に妨げられることなく効率的に進むことができる。また、突出長さｄが６０μｍ以下であることによって、レーザダイオード１０の放熱性を十分に確保し、レーザダイオード１０の寿命の低下を抑えることができる。
【００４５】
また、図９は、寿命の規格化値が０．８である場合及び０．９である場合のそれぞれにおける、値（Ａ／Ｌ）と突出長さｄとの関係を示すグラフである。図９において、縦軸は突出長さｄを示しており、横軸は値（Ａ／Ｌ）を示している。また、プロットＰ１１は寿命の規格化値が０．８である場合の値を示しており、プロットＰ１２は寿命の規格化値が０．９である場合の値を示している。なお、グラフＧ１１及びＧ１２は、それぞれプロットＰ１１及びＰ１２の近似曲線である。図９において、突出長さｄが、グラフＧ１１によって規定される境界よりも小さい場合には、寿命の規格化値が０．８以上となるので、レーザダイオード１０の寿命を十分に長くすることができる。
【００４６】
ここで、図９のグラフＧ１１及びＧ１２に示されるプロットは、それぞれ寿命０．８および０．９のデータに相当しており、それらの近似曲線は、値（Ａ／Ｌ）＝ｗとすると、次の数式（１）に示される関数によって表される。
ｄ＝ｄｍａｘ×（１−ｅｘｐ（−ｗ／τ））−ｄｍｉｎ  ・・・（１）
なお、この数式（１）では、突出長さｄと値（Ａ／Ｌ）との関係が１次の微分方程式に従うものと仮定している。数式（１）においてｄｍａｘは、突出長さｄの上限（ｗを無限大としたときに突出可能な最大長さ）であり、ｄｍｉｎは補正係数であり、τは定数である。図９において、これらの係数は次の表５のようになる。
【表５】
0005556749.tif 000006
この表５から、寿命の規格化値を０．８以上とするためには、ｄｍａｘ（μｍ）が１６３以下であれば良いことがわかる。また、寿命の規格化値を０．９以上とするためには、ｄｍａｘ（μｍ）が１５５以下であれば良いことがわかる。
【符号の説明】
【００４７】
１Ａ，１Ｂ…レーザダイオード組立体、１０…レーザダイオード、１２…半導体基板、１２ａ…主面、１２ｂ…裏面、１４…半導体積層構造、１４ａ…共振端面、１５…溝、１６…アノード電極、１８…カソード電極、２２…ｎ型クラッド領域、２４…ｐ型クラッド領域、２６…コア半導体領域、２８…ｐ型コンタクト層、３２，３６…光ガイド層、３４…活性層、４０…リッジ構造、４４…絶縁膜、５０…マウント部材、５１…基体、５１ａ…実装面、５２…金属膜、５３…導電性接着剤、ｄ…突出長さ、Ｌ…光共振器の長さ、Ｗ…レーザダイオードの幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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